اختبار مقياس الانقباض

اختبار الأودومتر هو نوع من أنواع التحقيقات الجيوتقنية التي تُجرى في الهندسة الجيوتقنية لقياس خصائص تماسك التربة . تُجرى هذه الاختبارات بتطبيق أحمال مختلفة على عينة من التربة وقياس استجابة التشوه . تُستخدم نتائج هذه الاختبارات للتنبؤ بكيفية تشوه التربة في الموقع استجابةً لتغير الإجهاد الفعال .

صُممت اختبارات الأودومتر لمحاكاة التشوه أحادي البعد وظروف التصريف التي تتعرض لها التربة في الحقل. عادةً ما تكون عينة التربة في اختبار الأودومتر عبارة عن قرص دائري بنسبة قطر إلى ارتفاع تبلغ حوالي 3:1. تُثبّت العينة داخل حلقة محكمة صلبة، مما يمنع إزاحتها الجانبية ، ولكنه يسمح لها بالتمدد أو الانضغاط عموديًا استجابةً لتغيرات الحمل المُطبق. تُطبّق إجهادات رأسية معروفة على السطحين العلوي والسفلي للعينة، عادةً باستخدام أوزان حرة وذراع رافعة . يتم تغيير الإجهاد الرأسي المُطبق، ويُقاس التغير في سُمك العينة.

بالنسبة للعينات المشبعة بالماء، توضع أحجار مسامية في أعلى وأسفل العينة للسماح بتصريف الماء عموديًا، وتُغمر العينة بالكامل في الماء لمنع جفافها. تُظهر عينات التربة المشبعة ظاهرة التصلب، حيث يتغير حجم التربة تدريجيًا استجابةً متأخرةً لتغيرات الإجهادات المحصورة. تستغرق هذه العملية عادةً دقائق أو ساعات في جهاز قياس التصلب، ويُسجل تغير سُمك العينة مع مرور الوقت، مما يوفر قياسات لمعامل التصلب ونفاذية التربة .

كلمة oedometer ( تُلفظ / iˈdɒmɪtər / ، وأحيانًا / oʊˈdɒmɪtər / ) مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة οἰδέω ( oidéō ) التي تعني " التورم " ) والاسم oídēma الذي يعني " التورم " ، [ ^{1 ] والذي يُستخدم أيضًا في} اللغة الإنجليزية بنفس المعنى ، وهو oedema . ^{[ 2 ]}

لا ينبغي الخلط بين هذا وبين كلمة odometer المشابهة في الشكل ولكنها غير ذات صلة ، والمشتقة من الكلمة اليونانية القديمة ὁδός ( hodos 'مسار') والتي تشير إلى جهاز لقياس المسافة التي تقطعها المركبة. ^{[ 3 ]}

أُجريت تجارب التصلب لأول مرة عام 1910 على يد فرونتارد. قُطعت عينة رقيقة (بسماكة بوصتين وقطر 14 بوصة) ووُضعت في وعاء معدني ذي قاعدة مثقبة. ثم حُمّلت هذه العينة تدريجيًا عبر مكبس، مع السماح بالوصول إلى حالة التوازن بعد كل زيادة. ولمنع جفاف الطين، أُجري الاختبار في غرفة ذات رطوبة عالية. ^{[ 4 ]}

بدأ كارل فون تيرزاجي أبحاثه حول التوحيد في عام 1919 في كلية روبرت في إسطنبول. ^{[ 4 ]} ومن خلال هذه التجارب، بدأ تيرزاجي في تطوير نظريته حول التوحيد والتي نُشرت في النهاية عام 1923.

لعب معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دورًا محوريًا في أبحاث التصلب المبكرة. أمضى كل من تيرزاجي وآرثر كاساغراندي فترة في المعهد، حيث عمل تيرزاجي من عام ١٩٢٥ إلى ١٩٢٩، وكاساغراندي من عام ١٩٢٦ إلى ١٩٣٢. وخلال تلك الفترة، جرى تحسين أساليب وأجهزة اختبار التصلب. ^{[ ٥ ]} تشمل إسهامات كاساغراندي في تقنية اختبار الأودومتر "طريقة كاساغراندي" لتقدير ضغط ما قبل التصلب لعينة من التربة الطبيعية. ^{[ ٦ ]} وواصل دونالد تايلور أبحاثه في المعهد خلال أربعينيات القرن العشرين . ^{[ ٧ ]}

وضع كل من المعهد البريطاني للمعايير ( BSI) والجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) طرقًا موحدة لاختبارات الأودومتر. يغطي معيار ASTM D2435 / D2435M - 11 اختبارات الأودومتر بالتحميل التدريجي. كما توفر معايير ASTM D3877 و ASTM D4546 و AASHTO T216 إجراءات ذات صلة لإجراء اختبارات مماثلة أخرى لتحديد خصائص تماسك التربة. ^{[ 8 ]} يُعدّ معيار BS 1377-5:1990 المعيار البريطاني ذو الصلة باختبارات الأودومتر؛ كما توفر سلسلة معايير BS 1377 الأوسع نطاقًا معلومات أساسية ونصائح حول أفضل الممارسات لإعداد العينات لمختلف الدراسات الجيوتقنية. ^{[ 9 ]} يوجد أيضًا معياران من معايير المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) بشأن اختبارات الأودومتر: ISO 17892-5:2017 لاختبارات الأودومتر بالتحميل التدريجي؛ ^{[ 10 ]} ويغطي معيار BS EN ISO 17892-11:2019 طرقًا مختلفة لاختبار نفاذية التربة، بما في ذلك اختبارات الأودومتر على العينات المشبعة. ^{[ 11 ]}

يتكون جهاز قياس الانضغاط بشكل أساسي من ثلاثة مكونات: "خلية التماسك" لحمل عينة التربة، وآلية لتطبيق ضغط معروف على العينة، وجهاز لقياس التغيرات في سمك العينة. ^{[ 12 ]}

يُطلق على المعدات اللازمة لإجراء اختبار قياس الانقباض أحيانًا اسم "مجموعة اختبار قياس الانقباض". وتشمل قائمة المعدات النموذجية لمختبر قياس الانقباض ما يلي: ^{[ 13 ]}

• مقعد واحد
• 3 × مقياس ضغط الدم
• 3 خلايا، إما 50 مم أو 63.5 مم أو 75 مم
• 3 عدادات قرصية، إما تناظرية أو رقمية
• مجموعة أوزان واحدة

خلية التصلب هي جزء من جهاز قياس الانضغاط يُستخدم لحفظ عينة التربة أثناء الاختبار. في مركز خلية التصلب توجد حلقة لحفظ العينة. عادةً ما تكون حلقة العينة على شكل قطاعة بسكويت ، ذات حافة حادة من جانب واحد، مما يسمح باستخدامها لقطع شريحة من التربة من كتلة أكبر من التربة الطبيعية. شريحتان من الحجر المسامي، تتناسبان بإحكام مع حلقة العينة، توفران تصريفًا مائيًا لعينة التربة مع تثبيتها ميكانيكيًا. تتجمع هذه المكونات داخل أسطوانة أكبر مزودة بأخاديد لضمان محاذاة المكونات، وتوفر إمدادًا مائيًا وتصريفًا لأنابيب خارجية. يوضع غطاء تحميل صلب فوق عينة التربة لتطبيق أحمال ضغط عليها. ^{[ 12 ] [ 14 ]}

تعتمد آلية التحميل في جهاز قياس الانضغاط على تطبيق حمل ضغط معلوم، وبالتالي إجهاد ضغط معلوم نظرًا لثبات القطر، على عينة التربة. وتحقق معظم أجهزة قياس الانضغاط ذلك باستخدام ذراع رافعة ومجموعة من الأوزان الحرة : حيث توفر الأوزان الحرة حملاً جاذبيًا معلومًا، بينما يقوم ذراع الرافعة بمضاعفة الحمل ونقله إلى عينة التربة. ^{[ 15 ]}

توجد العديد من اختبارات الأودومتر التي تُستخدم لقياس خصائص التصلب. النوع الأكثر شيوعًا هو اختبار التحميل التدريجي (IL). ^{[ 16 ]}

توفر اختبارات الأودومتر للمهندسين بيانات مفيدة للغاية حول التربة التي يتم اختبارها.

معامل انضغاط الحجم

${\displaystyle m_{v}={\frac {\Delta e}{1+e_{0}}}{\frac {1}{\Delta \sigma _{v}^{'}}}}$مستمد من اختبار مقياس الانفعال

${\displaystyle \Delta H=m_{v}{\sigma _{v}^{'}}H_{0}}$تم تطبيقه على طبقة في الحقل (انظر الصور)

• ميكانيكا التربة
• الإجهاد الفعال